Imprimare 3D

Lumea imprimării a făcut un salt uriaș odată cu dezvoltarea imprimării 3D. Procesul de tipărire 3D reprezintă o piatră de hotar care are o importanță deosebită pentru o gamă largă de companii. Toți furnizorii sau producătorii de piese de schimb, loturi mici sau prototipuri le pot produce mai rapid și mai ușor, ceea ce înseamnă că procesele de afaceri au fost enorm accelerate și simplificate de procesul de imprimare 3D. La print24, puteți afla exact ce este imprimarea 3D, care sunt originile sale, ce procese diferite există și care sunt avantajele!

Definiția imprimării 3D

Imprimarea 3D este cunoscută și sub numele de fabricație aditivă sau generativă. Ideea din spatele acestui proces de fabricație este de a converti un model numeric într-un model tridimensional. Este, de asemenea, un proces de fabricație prin turnare primară, ceea ce înseamnă că se produce un corp solid pornind de la unul fără formă. Corpul are o formă definită geometric. Pe scurt: imprimarea 3D reprezintă crearea de obiecte fizice din fișiere digitale. Datele digitale sunt generate prin modelare CAD, date de la scanere 3D sau modelare 3D, deși imprimanta 3D nu poate citi aceste date direct. Aceasta necesită, la rândul său, un software special care traduce forma geometrică în limbajul mașinii imprimantei folosind "codul G". Acest software se numește "slicer", care împarte obiectul 3D în straturi individuale. Obiectul este apoi construit/imprimat strat cu strat, motiv pentru care se numește fabricație aditivă. Acest lucru este în contrast cu fabricarea substractivă, în care materialul este îndepărtat din obiectele existente. Imprimarea de la o imprimantă 3D este tridimensională, ceea ce înseamnă că obiectul are o lățime, o lungime și o înălțime predefinite. În consecință, imprimanta 3D lucrează cu o axă verticală (axa Z) pe lângă cele două axe orizontale obișnuite (axele X și Y).

Structura și funcția unei imprimante 3D

Se poate face o distincție între imprimantele 3D deschise și închise, dispozitive complete și kituri. În timp ce majoritatea sunt livrate complete, kiturile trebuie mai întâi asamblate de către utilizator. Dispozitivele complete sunt, de obicei, mai scumpe decât kiturile, dar se economisește la asamblare. În cazul unei imprimante 3D închise, spațiul de instalare este închis. În funcție de locul în care urmează să fie utilizată imprimanta, poate fi selectată o versiune deschisă sau închisă. În principiu, o imprimantă 3D este formată dintr-un pat de imprimare/încălzire, o structură de susținere, un obiect de imprimare, o duză, un material de susținere și un material de imprimare. Cu toate acestea, designul poate diferi ușor în cadrul unei tehnologii. O imprimantă 3D funcționează după cum urmează, în conformitate cu structura de mai sus: În primul rând, patul de încălzire și duza se încălzesc. Apoi, patul de încălzire se deplasează până la capul de imprimare. Filamentul topit (materiale plastice speciale, metale sau alte materiale) este apoi aplicat pe patul de încălzire până când primul strat este complet. Odată ce primul strat a fost finalizat, patul de încălzire se deplasează în jos pe o distanță de o înălțime a stratului, măsurată în micrometri. Al doilea strat de filament este aplicat peste cel precedent și fuzionat cu acesta. În cazul în care există zone de supraînălțare, este posibil să se utilizeze o structură de susținere din același material sau dintr-un material diferit, materialul alternativ trebuind să se dizolve în apă sau într-o altă soluție. Ultimul pas se repetă până când obiectul 3D este finalizat.

Tipuri de procese de imprimare 3D

Cele mai comune procese de imprimare 3D sunt prezentate mai jos. Cu toate acestea, există multe alte variante în plus față de cele menționate. Se pot distinge următoarele procese de imprimare 3D:

• Fundare selectivă cu laser (SLM)/Furnizare selectivă cu laser (SLS)
• Fundare cu fascicul de electroni (EBM)
• Modelare prin depunere fuzionată/Fabricare cu filament fuzionat. (FDM/FFF)
• Stereolitografie (STL/SLA)
• Depunere de metale cu laser
• Film Transfer Imaging (FTI)
• Prelucrare digitală a luminii (DLP)
• Multi Jet-modelare / modelare cu jeturi poli

În procesul de topire selectivă cu laser, un metal constând dintr-o pulbere este aplicat și topit de laser. Obiectul de imprimat dorit este apoi coborât prin grosimea stratului, pulberea este aplicată din nou și topită. Imprimarea 3D are loc într-o atmosferă protectoare; pot fi prelucrate metale, materiale plastice, nisip sau ceramică. În schimb, sinterizarea selectivă cu laser (SLS) nu utilizează pulbere metalică pură, ci adaugă un liant. De asemenea, pulberea specială este doar parțial topită, ceea ce face ca materialul să se lipească. Topirea cu fascicul de electroni (EBM) utilizează, de asemenea, pulbere și o prelucrează în același mod ca și topirea selectivă cu laser, cu excepția faptului că se folosește un fascicul de electroni în locul unui laser. Un arc montat magnetic poziționează și ghidează fasciculul. 

Când se folosește modelarea prin depunere topită/fabricarea cu filament topit (FDM/FFF), se încălzește mai întâi un plastic special și apoi obiectul 3D este imprimat în foi. Filamentul este transportat prin intermediul unei bobine până la duză, de unde este aplicat pe placa de construcție, unde se solidifică direct. Deoarece suprafața obiectului este adesea oarecum aspră după producție, aceasta trebuie refăcută. Rezultatul lucrului de precizie este satisfăcător. În procesul de stereolitografie (STL/SLA) are loc polimerizarea plasticului lichid cu ajutorul luminii UV. Obiectul 3D este produs într-o baie de plastic lichid, prin care se folosește un laser pentru a întări straturile individuale. Orice structuri de suport utilizate sunt îndepărtate după finalizare, iar obiectul 3D este polimerizat. Modelele au un grad foarte ridicat de precizie. Placarea cu laser utilizează un laser cu diode sau cu fibră optică. Acesta aplică o pulbere metalică sau un fir metalic pe piesa de prelucrat cu ajutorul unei duze. Atunci când se utilizează pulberea, imprimanta 3D funcționează complet automat, ceea ce o face potrivită pentru a fi utilizată în repararea componentelor sau în producția de prototipuri.

Imaginea prin transfer de peliculă (FTI) este utilizată pentru a aplica o peliculă subțire de material pe o folie de transport. Straturile sunt create prin iluminare, după care piesa de prelucrat este ridicată și se aplică o nouă peliculă. Acest proces continuă până la finalizarea obiectului 3D, care are un nivel foarte ridicat de precizie. Materialele plastice sensibile la lumină sunt utilizate ca filamente în FTI. În prelucrarea digitală a luminii (DLP), obiectul 3D este creat dintr-o baie de plastic. Procesul este un amestec de tehnologie de imprimare 3D STL și FTI, tehnologia FTI fiind utilizată în același mod ca și FTI. Pe de altă parte, modelarea cu jeturi multiple/poly jet modelling (modelare cu jeturi multiple/poly jet modelling) utilizează o tehnică similară cu cea a imprimării cu jet de cerneală. Mai multe duze sunt atașate la un cap de imprimare, care imprimă apoi modelul 3D strat cu strat. Modelele sunt caracterizate de un nivel foarte ridicat de detalii, iar ca filamente se folosesc fotopolimeri sensibili la UV, care se polimerizează cu ajutorul luminii.

Materialele pentru procesele de imprimare 3D

Pe măsură ce tehnologia a progresat de-a lungul anilor, materialele folosite pentru imprimarea 3D au trebuit să fie adaptate în mod constant. Vă prezentăm mai jos cele mai importante materiale specializate, cum ar fi materialele plastice sau metalele:

Plastice pentru imprimarea 3D

PLA (poliactide) este unul dintre cele mai populare materiale pentru imprimarea 3D. Polimerii sintetici sunt poliesteri, sunt obținuți din amidon de porumb, adică din resurse regenerabile, și sunt biocompatibili și reciclabili. PLA poate fi prelucrat la temperaturi de topire scăzute de 70 °C și, în general, își păstrează forma chiar și atunci când este răcit. Aceste două proprietăți fac ca PLA să fie atractiv atât pentru utilizatorii privați, cât și pentru cei profesioniști. PLA este acum disponibil în multe culori diferite. Singurul dezavantaj al materialului este că nu este foarte elastic și rezistent la căldură, ceea ce îl face nepotrivit pentru producția de componente supuse unor solicitări mari. 

ABS (acrilonitril butadien stiren) este al doilea material plastic cel mai frecvent utilizat în imprimarea 3D și este, de asemenea, un polimer sintetic. Este fabricat din acrilonitril, 1,3 butadienă și stiren. Proprietățile favorabile ale acestui material sunt rezistența, rigiditatea și tenacitatea. Acesta poate fi utilizat pentru prototipuri și pentru fabricarea produselor finale. ABS se imprimă la o temperatură cuprinsă între 220 și 250 °C și trebuie imprimat într-o cameră de imprimare sau într-un pat de imprimare încălzit. Acest lucru permite obiectelor fabricate să se răcească și previne deformarea. La fel ca PLA, ABS este disponibil în diferite culori și este relativ ieftin, dar este mai puțin popular în rândul utilizatorilor privați din cauza temperaturilor ridicate implicate în imprimarea 3D. De asemenea, nu are suficientă rezistență la intemperii. 

PEEK (polieter eter argilă) sunt polimeri sintetici din grupul polieter cetonă. Aceștia pot fi utilizați pentru a imprima obiecte foarte elastice și rezistente la temperaturi ridicate. De asemenea, sunt biocompatibili și rezistenți la substanțe chimice. PEEK-ul termoplastic este cu aprox. 70 % mai ușor decât metalele cu proprietăți similare, dar are o stabilitate mecanică și termică comparabilă. Prin urmare, PEEK este preferat de industria auto, chimică și aerospațială. Se imprimă la o temperatură cuprinsă între 360 și 380 °C și, prin urmare, este mai puțin potrivit pentru uz privat.

HIPS (High Impact Polystyrene) este, de asemenea, un polimer termoplastic și este produs prin polimerizarea polibutadienei în polisterol. Acesta are o rezistență ridicată la impact și duritate și poate fi dizolvat în substanțe chimice. Acest lucru îl face deosebit de potrivit ca material suport pentru alți polimeri. Este îndepărtat chimic, astfel încât chiar și toleranțele stricte pot fi respectate în componentele fabricate.

PA (nailon/poliamidă) are o rezistență ridicată la tracțiune, se topește la 250 °C și este netoxic. Obiectele 3D create cu nailon sunt dure și rezistente la deteriorări. Nailonul nu este deteriorat de cele mai comune substanțe chimice și este ieftin. Dezavantajul acestui material este însă că este greu de utilizat în mediul privat din cauza temperaturilor ridicate de topire și necesită atât un pat de imprimare încălzit, cât și adeziv alb pentru a adera la patul de imprimare în timpul imprimării 3D. 

PET (polietilen tereftalat) este probabil cunoscut de majoritatea oamenilor de la sticlele de băuturi. Acesta este, de asemenea, locul unde se află avantajul, deoarece PET este sigur pentru alimente și poate fi utilizat pentru ambalaje. Deoarece nu se produc vapori în timpul procesului de topire, imprimarea 3D cu PET nu necesită o cameră de imprimare încălzită. Acest lucru face ca aplicația să fie populară în sectorul privat. Obiectele 3D realizate din PET sunt relativ robuste, dar și flexibile în același timp. 

PETG (PET cu glicol) obține un nivel ridicat de transparență a materialului prin modificarea cu glicol. Acest lucru îmbunătățește, de asemenea, proprietățile de imprimare. Aceasta are ca rezultat o temperatură de topire mai scăzută și o cristalizare mai mică. PETG poate fi extrudat mai rapid decât PET și este rezistent la intemperii. Acesta este motivul pentru care este adesea utilizat pentru mobilier și echipamente de grădină, precum și pentru vase.

Metale pentru imprimarea 3D

În plus față de materialele plastice menționate mai sus, metalele pot fi, de asemenea, utilizate în imprimarea 3D.

Aluminiul și aliajele de aluminiu impresionează în imprimarea 3D prin rezistența și proprietățile lor termice bune. Obiectele 3D sunt, de asemenea, ușoare și pot fi refăcute în mod flexibil. Industriile auto, aerospațială și aeronautică beneficiază de utilizarea aliajelor de aluminiu; piese de motor, carcase, matrițe, prototipuri, conducte de aer și multe altele sunt produse cu ajutorul imprimării 3D.

Titanul sau aliajele de titan sunt printre cele mai cunoscute în imprimarea 3D cu metale. Acesta are proprietăți mecanice remarcabile și o greutate specifică redusă. Materialul este rezistent la coroziune și poate fi utilizat în multe medii cu cerințe tehnice ridicate, cum ar fi aviația. Dispozitivele medicale, piesele de schimb, prototipurile funcționale sau piesele de utilizare finală sunt cele mai comune obiecte 3D realizate din aliaje de titan.

Un alt metal utilizat în imprimarea 3D este oțelul inoxidabil/aliajul de oțel inoxidabil. Acesta este cu conținut scăzut de carbon și foarte rezistent la coroziune. Componentele fabricate în acest mod au, de asemenea, o rezistență excelentă, proprietăți termice bune și o ductilitate ridicată. Imprimarea 3D cu oțel inoxidabil este folosită de preferință pentru componente de mașini sau pentru aplicații sigure pentru alimente.

Pe lângă materiale plastice și metale, ceramica, sabia, cimentul și glastra se numără, de asemenea, printre materialele folosite în imprimarea 3D.

Istoria imprimantei 3D - cine a inventat imprimanta 3D?

Istoria imprimantei 3D datează din secolul al XIX-lea. În 1859, francezul François Willème, care lucra ca fotograf și sculptor, a inventat un aparat care a făcut posibilă crearea unui model 3D cu ajutorul mai multor camere foto. În 1892, austriacul Joseph E. Blanther a depus o cerere de brevet pentru producerea de hărți în relief. Pentru a le produce, plăcile de ceară erau laminate la vremea respectivă, iar forma dorită era decupată din ele și lipită între ele. Astfel se crea harta 3D prin mai multe straturi. 

După ce imprimarea 3D nu a mai cunoscut nicio dezvoltare cunoscută timp de câteva decenii în secolul XX, inventatorul japonez Hideo Kodama a solicitat în cele din urmă un alt brevet în 1980: În acesta, el a descris modul în care un material fotopolimeric se întărește cu ajutorul luminii UV, creând astfel un model strat cu strat, ceea ce este echivalent cu principiul stereolitografiei. Întrucât nu a putut plăti cererea de brevet din cauza dificultăților financiare, a devenit mai puțin cunoscut. În 1884, francezii Alain le Méhauté, Olivier de Witte și Jean-Claude André au încercat să obțină un brevet pentru procedeul prin care un lichid este întărit cu ajutorul unei surse de lumină. Aceștia au numit acest procedeu și stereolitografie. Cu toate acestea, institutul de cercetare contactat nu a fost în măsură să recunoască potențialul invenției și a oprit proiectul. În cele din urmă, americanul Chuck W. Hull a fost cel care a depus cererea de brevet trei săptămâni mai târziu. Acesta inventase deja stereolitografia în 1981, care a fost pusă în practică pentru prima dată în 1983. În 1985, a fost disponibil primul program de proiectare 3D, iar în 1986 a fondat compania 3D Systems, devenită acum celebră în întreaga lume. În 1988, a fost lansată pe piață prima imprimantă 3D (mașina SLA-1). 

În 1992, la DTM a fost produsă prima mașină de sinterizare selectivă cu laser, care folosea procedeul de iradiere a pulberii cu lumină laser. Aceasta a fost urmată de o imprimantă 3D de la Z Corp, care folosea procesul de injectare a liantului. Până la sfârșitul anilor 1990, a fost posibilă prelucrarea metalelor, precum și a materialelor plastice și au fost lansate alte programe CAD. În anii 2000, producția aditivă a luat amploare și s-a impus în sectorul medical. Un organ imprimat 3D a fost implantat pentru prima dată la un om. Anii 2000 au fost caracterizați de noi evoluții. Imprimantele 3D puteau acum să producă piese pentru alte imprimante 3D și au ajuns la locul de muncă. Începând cu 2010, noile modele au fost capabile să imprime și prototipuri de automobile, imprimante 3D pentru alimente, au fost create primele componente tipărite 3D pentru stații spațiale și au fost create proteze osoase și maxilare. Întreprinderile mici și mijlocii au beneficiat, de asemenea, de imprimarea 3D, care le-a permis să producă prototipuri într-un mod mai rentabil. Cel mai productiv proces de producție aditivă a plasticului este în prezent procesul Multi Jet Fusion, prin care obiectele rezultate au o suprafață omogenă și o densitate a materialului aproape fără pori. 

Ce ne rezervă viitorul? Este foarte probabil ca tehnologia de imprimare 3D să se dezvolte către producția de serie, deoarece tot mai multe materiale pot fi imprimate în mai puțin timp și la o calitate mai bună.

Produse de imprimare de înaltă calitate la print24

Cu ajutorul nostru, puteți să vă imprimați obiectul dorit în scopuri publicitare sau în viața de zi cu zi la birou. print24 vă oferă o gamă imensă de produse de imprimare, pe care vi le livrăm rapid și de înaltă calitate. Tipăriți obiecte în format mare, Produse textile sau Produse foto fac, de asemenea, parte din gama noastră. Pur și simplu selectați produsele de tipărire pe care le doriți și personalizați-le